Pengecoran impeler berukuran besar (biasanya mengacu pada diameter luar 500 mm, atau termasuk dalam struktur saluran aliran berdinding tipis dan kompleks) merupakan titik sulit dalam industri pengecoran, karena strukturnya yang kompleks, ketebalan dinding yang tidak merata, dan persyaratan yang sangat tinggi untuk akurasi saluran aliran dan kualitas permukaan. Pemilihan jalur proses utama saat ini dan pengendalian cacat selanjutnya merupakan faktor kunci yang menentukan keberhasilan atau kegagalan.
1. Pemilihan proses pengecoran utama
Untuk berbagai material dan persyaratan presisi, tiga proses berikut umumnya digunakan untuk roda gigi daun besar:
Pengecoran investasi (metode kehilangan lilin): Ini adalah proses utama untuk impeler baja tahan karat dan baja paduan. Mampu mereproduksi permukaan bilah yang kompleks dengan akurasi dimensi tinggi (CT4-CT6), cocok untuk impeler kompleks berukuran kecil dan menengah. Namun untuk ukuran ultra besar (seperti 1 meter), cetakan lilin rentan terhadap deformasi, sehingga sulit untuk mengontrol kekuatan cangkang.
Pengecoran pasir resin: cocok untuk impeler baja dan besi cor berukuran besar (seperti impeler kipas pembangkit listrik dengan diameter beberapa meter). Biaya rendah dan kemampuan adaptasi yang kuat, tetapi permukaan hasil coran kasar dan akurasi ukuran saluran sedikit kurang, sehingga membutuhkan banyak waktu pemolesan di masa mendatang.
Pengecoran komposit (cetakan investasi + cetakan pasir): Untuk impeler dengan ukuran besar + bilah yang kompleks, biasanya digunakan cangkang cetakan investasi untuk bagian bilah dan cetakan pasir untuk bagian hub dan spoke, yang kemudian digabungkan dan dicor. Menyeimbangkan akurasi bilah dengan implementasi struktur skala besar.
Pengecoran tekanan rendah/gravitasi: umumnya digunakan untuk impeler paduan aluminium dan tembaga berukuran besar, dengan pengisian yang halus dan efek penyusutan yang baik, yang dapat secara efektif mengurangi porositas.
2. Kesulitan dan penanggulangan dalam proses inti
Aspek yang paling bermasalah dalam pengecoran roda daun besar adalah pengisian yang tidak sempurna, porositas penyusutan, dan retak panas.
Sistem pengisian dan penuangan: Bilah impeler besar tipis, saluran aliran sempit, dan cairan logam cenderung mendingin sebelum waktunya, menyebabkan isolasi dingin atau penuangan yang tidak memadai. Penuangan dari bawah, penuangan celah, atau penuangan melingkar biasanya digunakan agar logam cair dapat naik dengan lancar; Untuk impeler baja tahan karat berdinding tipis, terkadang perlu meningkatkan suhu penuangan dan mempercepat kecepatan penuangan.
Pengendalian penyusutan dan pembekuan: Sambungan antara bilah dan hub (titik panas) rentan terhadap penyusutan dan kelonggaran. Proses akan dioptimalkan dengan menempatkan riser (terbuka/gelap) dan besi dingin, serta menggunakan simulasi numerik komputer (CAE) untuk memaksa pengecoran membentuk urutan pembekuan terarah dari bawah ke atas, memastikan bahwa logam cair diisi kembali di tempatnya.
Pencegahan deformasi dan retak: Bagian berdinding tipis berukuran besar memiliki pendinginan yang tidak merata dan tegangan tinggi, yang dapat dengan mudah menyebabkan deformasi melengkung atau retak. Selain mengoptimalkan struktur pengecoran (untuk menghindari perubahan ketebalan dinding yang tiba-tiba), besi cor dingin sering digunakan untuk pencetakan, dan pasir cetakan dengan daya luluh yang baik dipilih; Bagian baja tahan karat perlu memperhatikan laju pendinginan untuk mencegah pengendapan fase rapuh yang menyebabkan retak.
3. Cacat Umum dan Langkah Pencegahan
Pori-pori: Karena adanya gas dalam pasir cetakan, pembuangan gas yang buruk, atau adanya gas dalam logam cair. Perlu untuk mengontrol kadar air pasir cetakan, meningkatkan saluran keluar gas, dan memasang saringan. Untuk komponen penting, pengecoran vakum atau peleburan degassing vakum dapat digunakan.
Inklusi terak/lubang pasir: inklusi terak disebabkan oleh pengelupasan dari sistem pengecoran atau oksidasi logam cair. Perlu dilakukan peningkatan pembersihan rongga cetakan, penggunaan filter tahan api, memastikan desain penghalang terak pada sistem pengecoran, dan memastikan waktu pengendapan logam cair.
Retak: Retak panas sering disebabkan oleh penyusutan yang terhambat. Perlu dilakukan optimasi posisi riser untuk menghindari tarikan, mengontrol kandungan sulfur dan fosfor, serta memastikan cetakan memiliki ruang mundur yang cukup.
Sebelum pengecoran roda daun besar modern, perangkat lunak seperti ProCAST dan AnyCasting biasanya digunakan untuk mensimulasikan pengisian dan pembekuan.